보 호 계 전 방 식 - pq-ride.co.kr%C7%D1%B1%DB)%20%BA%B8%C8%A3%20%… · (7) ct의 2차 부담 : ct 2차 회로에 정격 전류 (5a) 를 보낸 경우 ct 2차 전압과 정격

보 호 계 전 방 식

2003.

1. 변류기

(1) 목적 : 전류 변화

(2) 변류비

규격 1차 전류 2차 전류

단 일 비 이 중 비

IEC

185 10, 12.5, 15, 20, 25, 30, 40,

50, 60, 75 및 그의 10배수 좌동

표준 : 5, 1

비표준 : 2,

31,

32,

35

BS

3938 상동 상동 상동

단 일 비 이 중 비 다 중 비

ANSI

C 57.13

10 800

15 1200

12.5 1500

40 2000

50 3000

75 4000

100 5000

200 6000

300 8000

400 12000

600

25/50

50/100

100/200

200/400

400/800

600/1200

1000/2000

2000/4000

120/100/90/80/60/

50/40/30/20/10

240/200/180/160/

120/100/80/60/40/20

400/320/300/240/

220/160/100/80/60

600/400/300

800/600/400

1000/800/600

5

정격전류의 선정 (참고 - 기다리 출판사, 전기설비 기술계산 핸드북, I-404쪽)

수전 회로, 변압기 회로 – 최대 부하전류의 125~150%

전동기 회로 - 최대 부하전류의 200%

(3) 과전류 정수 : 정격 주파수, 정격 부담 (0.8 지전류) 상태에서 CT의 비오차가 –10%가

될 때의 최고 1차 전류를 정격 1차 전류로 나눈 값

n > 5, n > 10, n > 20, n > 40로 표기

1

과전류 정수 보호 대상 보호 방식

표준 특수

발전기

변압기

송전선

배전선

전동기

차동 방식

차동 방식

거리 방식

과전류 방식

과전류 방식

10

10

10

20

10

5

10

20

20

20

40

20

10

20

(4) 과전류 강도 : CT에 정격 부담, 정격 주파수 상태로 열적, 기계적, 전기적 손상없이 1초

간 흘릴 수 있는 최고 1차 전류를 정격 1차 전류로 나눈 값

300, 150, 75, 40

(5) 용도

1) 계측용 CT : 평상시 정상 상태에서 사용하므로 정격 이내에서 정확해야 하며 사고

시에는 포화 되어 계측기 및 회로를 보호하는 특성

2) 계전기용 CT : 사고 시 (대전류 영역)에 응동해야 하므로 상당한 대전류에서 포화하

지 않아야 함.

(6) 비오차 = %100×−변류비측정

변류비측정변류비공칭

비 보증계수(Ratio correction factor) : 변류기의 비오차 표시 방법 중 하나, 미국 ANSI

R.C.F = 공칭변류비

측정변류비

표준 계전기용 일본, 한국 n(20)에서 10% 이내

영국 5 ~ 10%

미국 - 10% 이내

계기용 평상시 100% 부하 부근에서

한국 ± 1.2%

미국 ± 0.3 ~ ± 1.2%

영국 0.1 ~ 5%

2

(7) CT의 2차 부담 : CT 2차 회로에 정격 전류 (5A) 를 보낸 경우 CT 2차 전압과 정격 전

류의 적으로 표기

CT의 2차 부담이 40VA 라면, 정격 2차 전류 5A 인 CT에서는

Z= ][6.1540

22 ohmIVA

==

정격 부담이 40VA인 CT에서는 2차 회로의 임피던스 (계기, 계전기,

제어 케이블 등의 임피던스의 합)가 1.6[ohm] 이하가 되게 하여야

한다.

표기 방법

ANSI

계전기용 C800 부하저항 = AV

100800

= 8 ohm

이때의 부담 I2 × R = 52 × 8 = 200VA

부 담 오 차 계 급

B – 1 (25VA)

B – 2 (50VA)

B – 4 (100VA)

B – 8 (200VA)

C 100 T 100

C 200 T 200

C 400 T 400

C 800 T 800

T는 권선형에서만 적용

C형 CT : 미국 ANSI 규격에서 정한 특성, 철심의 누설 자속이 규정치 이내이고 권선

이 균일하게 감겨져 있어 표시된 수치에서 특성을 계산에 의해 계산 가능한

CT

T형 CT : 미국 ANSI 규격에서 정한 특성, 철심의 누설 자속이 커서 변류비 영향을 줄

수 있어 계산에 의해 특성을 구할 수 없고 시험에 의해서만 가능.

계기용

부 담 오 차 계 급

B – 0.5 (12.5VA)

B – 0.9 (22.5VA)

B – 1.8 (45VA)

1.2

3

VDE

ACCURACY

CLASS

RATED OUTPUT

VA (SN)

RATED SATURATION

FACTOR, n

0.2 5 10 15

0.5 5 10 15 30

1 5 10 15 30 60

n < 10 or n < 5

0.2G 5 10

0.5G 5 10 15

Metering &

Measuring

1G 5 10 15 30

n < 20 or n < 10

1 or 3 5 10 15 30 60 Protection

1G or 3G 5 10 15 30 n < 10 or n < 5

For instrumentation : 1M 5

For metering : 0.5M 5

For protection : 5P 20

(8) 포화 특성

CT는 1차 전류가 증가하면 2차 전류도 변류비에 비례하여 증가한다. 그러나 어느 한

계에 도달하면 1차 전류는 증가하여도 2차 전류는 포화하여 증가하지 않는다.

포화점 (knee point) – CT의 1차 권선을 개방하고 2차 권선에 정격 주파수의 교류 전

압을 서서히 증가시키면서 여자 전류를 측정 할 때 여자 전압

이 10% 증가할 때 여자 전류가 50% 증가되는 점을 포화점이

라 한다.

포화 특성 시험에서 포화점의 인가 전압을 포화 전압이라 하고 이것이 충분히 높아야

대전류 영역에서 확실한 보호가 가능.

차동 계전방식 또는 PILOT WIRE 방식등에서는 사용한 양단 CT의 포화 특성 일치가

매우 중요한다.

4

+50% Iek

Iek

여자전류(Ie)

여자

전압

(Vs)

Vk +10%

Vk

(9) CT 선정 예

OCR

F

66kV

고장용량

3500MVA TR

7.5MVA

66/6.6kV

%Z= 7.5%

◦ 고장 임피던스 계산

100MVA 기준 전원 측 고장 임피던스 [%]85.23500

100100=

×

변압기 임피던스 7.5×5.7

100 = 100 [%]

◦ 최대 고장 전류 IS = 85.2663

100100××

× = 30.69 [kA]

◦ 최대 부하 전류 IL = 663

7500×

= 66 (A)

◦ CT 1차 정격 전류 I1 = 66×1.5 = 99 ≒ 100 (A)

5

◦ 정격 부담 50VA

◦ 오차 계급 : 계전기 및 계기용 1.0급

◦ 정격 내전류 100

690,30

1

=II S = 306.9 ≒ 300배

◦ 정격 과전류 정수 : 변압기 2차측에서 3상 단락이 발생하였을 때 1차측 고장전류

IS’ = 666.6

)10085.2(6.63000,1100100

×+××

×× = 850 (A)

과전류 정수 : n = 5.8100850

= ∴ n > 10 되는 CT 선정

◦ 변류기의 과부하도 α는

α = 정수과전류차전류정격변류기

고장전류최대

×1 < 12 이면 과부하 내량을 만족한다.

CT가 100/5 n > 10 일 때 α = 10100

690,30×

= 30.69 (부적합)

CT가 150/5 n > 10 일 때 α = 10150

690,30×

= 20.46 (부적합)

CT가 150/5 n > 20 일 때 α = 20150

690,30×

= 10.23 (적합)

그러므로 변류기는 다음과 같은 정격의 것을 선정한다.

CT 비 : 150/5

오차 계급 : 1.0 급

부 담 : 50VA

정격 과전류 정수 : n > 20

정격 과전류 강도 : 300배

6

2. 보호 계전기

(1) 보호계전기의 역할

전력 계통 내의 어떤 부분에서 사고가 발생하였을 때 이 사고를 방치하면 사고 현상이

확대되어 결국에는 안정된 전력 공급을 할 수 없게 된다.

따라서 기기와 선로의 손상을 막고 사고 부분을 될 수 있는 한 축소시켜 다른 건전 계

통에는 사고 현상이 파급되지 않도록 사고 현상을 검출하고 사고 구간을 계통에서 제거

하기 위하여 차단기에 차단명령을 내는 것이 보호계전기의 역할이다.

보호계전기는 전력 계통이 정상인때는 동작하지 않고 고장이나 이상 상태가 발생 할 경

우에는 적절한 동작을 할 수 있는 구조이어야 한다.

(2) 보호계전기의 구비조건

1) 충분한 선택성을 가질 것.

계전기에 사용하는 계기용 변류기, 변압기 등의 오차를 포함한 종합 오차는 적어야

하고 동작 정정치에 대한 전류, 전압, 시한 등의 동작치 오차가 가능한 한 적어야 한

다.

2) 충분한 동작 감도가 필요하다. 그 고장의 초기상태를 검출하거나 계통의 크기를 변

화할 때 높은 감도의 것이 필요하다.

3) 특성이 일정하여 경년 변화가 적고 또한 온도 주파수, 왜형 파형의 영향이 가능한

적어야 한다.

4) 계기용 변압기, 변류기 등을 조합하여 사용하므로 소비 전력이 가능한 한 적어야 한

다.

5) 이상 고전압 및 최대 과전류에 대하여 열적, 기계적인 강도가 충분하여야 한다.

6) 접점은 충분한 개로 또는 폐로 용량을 갖고 경년 열화가 적어야 하고 기계적으로 충

분한 보증동작 회수치가 있어야 한다.

7) 보수 점검을 용이하게 하고 취부 위치에서 예상할 수 있는 경사, 충격 및 진동 등에

오동작 하지 않아야 한다.

7

(3) 보호계전기의 분류

동작기구상의 분류

1) 가동 코일형

N S

영구자석

접점

가동코일

SPIRAL SPRING

<가동 코일형>

2) 가동 철심형

◦ 가동 철심형

I

O

<회전 철심형>

8

◦ 플런저형

CLOSINGCONTACTS

4

3

1

SCALE

STATIONARYCORE

PLUNGER

COIL

MAGNETICSHUNT

OPENINGCONTACTS

<PLUNGER 형>

E

<HINGE 형>

9

◦ 유극형

영구자석

접점

코일

<유극형>

3) 정지형

4) 정류형

5) 전류력계형

고정코일

가동코일접점

<전류력계형>

6) 열동작형

10

7) 전동기형

8) 유도형

MAGNETICCORE

DISC

SATURATINGTRANSFORMER

<유도형 분상 변압기>

RESTRAININGCOIL

OPERATINGCOIL

E

POLARIZED

I

CURRENT

유도형 (유도환)

◦ 유도원통형

◦ 유도원판형

11

동작 시한상의 분류

1) 고속도형

일정치 이상 (동작한계치의 200%)의 계전기 구동 입력이 있으면 40ms 이하에 동작

하는 계전기

2) 순시형

일정치 이상 (동작한계치의 200%)의 계전기 구동 입력이 있으면 보통 0.2초 이하에

동작하는 계전기

3) 한시형

동작입력을 갖으면 일정시간 후에 동작하는 것으로써 다음의 4종류로 분류된다.

◦ 정한시형

동작

시간

동작구동력

(a) 정한시형

◦ 반한시형

계전기의 구동력이 증가할수록 동작속도가 빨라지는 특성을 가진 형.

동작

시간

동작구동력

(b) 반한시형

12

동작

시간

동작구동력

(c) 반한시성 정한시형

◦ 반한시성 정한시형

계전기의 구동력은 어느 범위까지는 반한시 특성을 갖고 일정치 이상으로 되면

정한시로 되는 특성을 가진 것.

◦ 단계 한시형

동작

시간

동작구동력

(d) 반한시성 정한시형

기능별 분류

1) 전류 계전기

◦ 과전류 계전기

◦ 부족전류 계전기 – 교류발전기의 계자 보호 및 직류기의 시동용

2) 전압 계전기

◦ 과전압 계전기

13

◦ 부족전압 계전기

3) 비율 차동 계전기

4) 방향 계전기

◦ 방향 계전기

◦ 접지 방향 계전기

5) 거리 계전기

고장점의 전기적 거리가 일정치 이내에 있을 때 동작하는 계전기

◦ 옴 계전기

◦ 임피던스 계전기

◦ 모 계전기

동작 원리상의 분류

1) 전자형

◦ 가동 코일형

◦ 가동 철심형

◦ 유도형

◦ 전류력계형

◦ 전동기형

2) 정지형

3) 디지털형

(4) 보호계전 방식

1) 발전기 보호

◦ 고정자 권선 단락

차동 보호

IEEE 242 – 1975

용량 : 1,000kVA 이상은 전압 등급에 관계없이

전압 : 5kV 이상은 용량에 관계없이

2.2kV 이상으로 501kVA 이상의 발전기에 적용

14

과전류 차동 보호계전방식

G

IP IP

Ie2

Ie1

Ie1-Ie2

변류기 제작상의 차이 및 계전기에 연결된 제어케이블에 의한 불평형 부하로 인

하여 전류 불평형 발생, 고감도, 고속도가 어렵다.

비율 차동 보호계전방식

Ie1-Ie2

Ie1

IP

G

Ie2

IP

차동(동작)코일

억제코일

- 일정 비율 차동 계전기 (Constant Percent Differential Relay)

억제 전류에 대한 차동 전류의 비가 일정

- 가변 비율 차동 계전기 (Variable Percent Differential Relay)

억제 전류의 크기가 증가할수록 계전기가 동작하는데 필요한 차동 전류가 비례

하여 증가하지 않고 더 많이 증가하므로 외부의 큰 사고에는 둔감하고 경미한

내부사고에도 민감하게 검출

Slope은 억제 전류 (통과 전류)에 대한 동작 전류 (차동 전류)의 비

발전기에서는 보통 5~10%

전압차동 보호계전방식

심한 외부 사고 시 비율차동 보호계전방식에서 사용된 변류기가 포화되어 계전기

가 오동작 할 우려가 있을 때 계전기 양단의 전압이 일정한 값 이상일 때 동작

15

◦ 고정자 권선의 지락 보호

발전기 중성점의 접지 방식 종류

직접 접지 – 발전기의 영상 임피던스가 초기 과도 리액턴스보다 작기 때문에 발

전기 단자에서의 지락 사고 전류는 3상 단락 전류보다 커져 과다한

전류로 인하여 고정자 권선 및 철심에 손상을 줄 가능성이 높다.

리액터 접지 – 1선 지락 전류의 크기를 3상 단락 전류의 25% 이상 되도록 유도성

리액터 설치.

접지변압기 접지 – 발전기가 성형이 아니거나 어떤 이유로 접지가 불가능한 경우

Zig-Zag 또는 Y-△ 변압기 사용. 1선 지락 전류의 크기가 3상

단락 전류의 25% 이상 되도록 선정.

소호 리액터 방식 – 1선 지락 사고 시 소호 리액터에 의한 유도성 전류와 선로의

용량성 전류가 같아지도록 한 방식

변성기(PT) 접지 – 고 리액턴스 접지 방식과 비슷. 비접지방식과 비슷한 특성

저항 접지 - 1선 지락 전류를 100-2000A로 제한

배전용 변압기 접지 – 발전기 중성점과 대지 사이에 배전용 변압기의 1차측을 접

속하고 그 2차측에 저항을 연결. 변압기 1차측으로 환산한

접지저항 값이 크기 때문에 지락 전류의 크기는 5~15A로

제한

비접지 – 1선 지락 사고 시 사고 전류가 거의 흐르지 않아 사고점에서의 손상을

가장 확실히 경감할 수 있으나 건전상에 과전압을 유기하며 사고 검출

이 어렵다.

발전기 중성점의 접지 방식 선정

16

- 단위식 발전기

G

TO AUXNEUTRALDEVICE

저항접지 방식 채용

분기선 없는 공통 모선에 2대 이상의 발전기가 연결된 경우

NEUTRALDEVICE

G G

NEUTRALDEVICE

NO.1GEN

NO.2GEN

TO AUX

저항 또는 리액터 접지 발전기용량에 무관하게 접지 구성

17

G

TO AUX

NO.1GEN

SANO.2GEN

G

SA

운전되고 있지 않는 발전기는 중성점으로부터 격리할 수 있는 장치가 필요.

발전기 용량이 다른 경우 접지 장치 용량 선정이 어렵다.

발전기가 비접지로 운전될 경우에 개폐 써어지 보호용 써지 보호장치 필요.

- 분기선이 있는 모선에 1대의 발전기가 연결된 경우

SA

GEN

TO AUX

G NEUTRAL DEVICE

GRDGTR

18

접지 변압기를 사용하지 않고 저항을 사용하여 발전기를 접지하는 방식은 발전

기가 계통에서 분리되었을 때 분기선이 비접지로 운전되므로 사용되지 않음.

- 분기선이 있는 공통 모선에 2대 이상의 발전기가 연결된 경우

GRDGTR

RESISTORG

TO AUX

NO.1GEN

SANO.2GEN

G

SA

- 분기선이 있는 공통 모선에 2대 이상의 발전기가 연결된 경우

TO AUX

GNO.1GEN

NEUTRALDEVICE

NEUTRALDEVICE

GNO.2GEN

분기선에 접지점을 제공하기 위해 적어도 1대의 발전기는 항상 계통에 연결되어

있어야 한다는 제약이 있음.

19

◦ 계자상실 보호

동기 발전기는 운전 중 계자 자속 필요, 계자 자속 상실 시 발전기는 진상운전

유도 발전기로 운전되고 탈조됨.

◦ 불평형 전류 보호

차단기의 결상 트립 및 선로 단선 사고를 포함한 불평형 사고 – 대부분 차지

부하의 불평형 및 계통 임피던스의 불평형

◦ 부족 주파수 보호

계통 주파수 저하 시 고유 진동 주파수를 가진 터빈 날개가 저압 터빈 종단 날개

의 공진에 의해 진동이 급격히 증가하여 결국 피로에 의한 균열 발생

◦ 과여자 보호

저압이 증가하거나 주파수 감소 시 과여자 상태로 되어 자속이 철심을 포화시키

고 철심과 주변의 도체에 심한 와류 손을 이르켜 가열의 원인

◦ 과전압 보호

정격 · 출력, 정격 주파수 및 역율에서 정격 전압의 ±5% 내에서 연속 운전.

◦ 역전력 보호

계통에 병입되어 운전중인 발전기의 원동기 입력이 감소하여 무부하 운전에 필요

한 값 이하가 되면 발전기는 계통으로부터 전력을 받아 동기 전동기로 운전

증기 터빈 – 풍손에 의한 열이 누적되어 터빈 과열.

20

Real powerkW into machine

Real powerkW into system

Synchronous condenser over excitedoperating area

Synchronous motorover excited

Reactive powerinto system

(I) Lagging

VT

Synchronous motorunder excited

Synchronous condenserunder excitedoperating areaVT

I

BUS

(I) Induction generatoroperation afterloss of field

(I) Leading

Reactive powerinto machine

MACH

원동기가 동기 속도로 회전하고 발전기에 동력을 공급하지 않는 상태에서 발전기가

동기 전동기로 운전되기 위해 필요한 역전력을 발전기 kW 정격의 %로 나타내면 다

음과 같다.

복수기 있는 터빈 3%

복수기 없는 터빈 3+%

디젤 엔진 25%

가스 터빈 50%

수 차 0.2~2+%

2) 변압기

◦ 차동 보호(주 보호)

적용기준

IEEE 242-1975 : 2차측 전압 2.4kV 이상 용량 1,000kVA 이상

ANSI C37.91-1985 : 용량 10MVA 이상

한전설계기준 2401 : 용량 10MVA 이상

21

유용한 Percent slope : 15 ~ 60%

적용 시 주의사항

- 위상각 보정

Y-△ 결선 TR의 1차, 2차 전류간 30˚ 의 위상차가 있으므로 Y측 변류기는 △,

△ 권선측 변류기는 Y로 결선

- 전류치 보정

AUX TR이나 전류 보정탭 사용

- 변류기 오차와 비율 특성

- 여자 돌입 전류에 의한 오동작 방지

정정

비율 > 최대 탭 절환기 오차+최대 % 불일치+최대 변류기, 변류비 오차+여유

탭 절환기 오차 : OLTC – 전 변환 탭(%) 범위의 1/2

NLTC – 0

변류비 오차 : 10%

탭의 부정합 율

탭의 부정합 율 (%) = 비정정탭의

비정정탭의비전류의차변류기 −2×100

일반적으로 5%

여유 : 5%

총오차가 20%를 넘지 않으면 25%에 정정하고 20%를 초과하고 35%를

넘지 않으면 40%에 정정하나 일반적으로 25%에 정정

22

예

CT 1

150/5

CT 2

1000/5TR10MVA

66kV/6.6kV

66kV I1 I2 6.6kV

i2보조변류기

비율차동계전기

i1 m

n

I1 = 663

1010 3

××

= 87.5 (A)

I2 = 6.63

1010 3

××

= 875 (A)

1차측 변류기 2차 회로전류 i1 = 87.5×1505

= 2.92 (A)

2차측 변류기 2차 회로전류 i2 = 875×1000

5 = 4.38 (A)

i1 < i2 이므로

보조변류기는 2차측 변류기 회로에 삽입한다.

보조변류기의 권수비 = 67.038.492.2

2

1 ===ii

mn

보조변류기가 100 턴으로 5턴마다 탭을 갖고 있다면 n = 65를 선정한다. 이때 부

정합율은 다음과 같이 계산한다.

부정합율 = (%)2.310065.0

65.067.0=×

−

총오차 = 탭절환기 오차 + 변류비 오차 + 탭부정합율 + 여유

= 10% + 10% + 3.2% + 5% = 28.2%

따라서 30%에 정정한다.

23

◦ 과전류 보호(후비 보호)

1차측

적용 계전기 – 순시 요소 부 과전류 계전기

여자돌입 전류에 동작 하지 않도록 정정

정정

한시요소

IEEE 141-1976 : 전부하 전류의 150~200%

ANSI C37.91-1985 : 변압기 OA 정격의 200~300%

순시요소

ANSI C37.91-1985 : 변압기 2차측 3상 단락 사고 시 변압기 통과 전류

(대칭전류)의 175% (125~200%)

IEEE 141-1976 : 변압기 2차측 3상 단락 사고 시 변압기 통과 전류

(대칭전류)의 175% (125~200%)

(3상 단락전류의 비대칭분 = 대칭 전류의 160%)×

1.1(여유)

2차측

적용 계전기 – 순시 요소가 없는 과전류 계전기

2차측 모선 단락 보호 및 피더 후비 보호용

정정

한시요소

IEEE 141-1976 : 전부하 전류의 150~200%

모선 정격 전류의 100%

과전류 계전기 적용 시 주의사항

- 1차측

변압기 여자 돌입 전류 이상

IEEE 242-1975 여자돌입 전류 : 변압기 전부하 전류의 8~12배

24

변압기 Through Fault Protection Curve 하단

변압기 2차측 최소 상간 단락 전류에 Pick up

- 2차측

모선에 연결된 전동기 중 용량이 가장 큰 전동기가 다른 모든 전동기가 운전

중에 있을 때 기동할 수 있도록 탭 선정

예

51

전부하전류 85.7A

710

기동전류 451A

750



365 275 CONT. LOAD

부하전류 87.47A

1000kVA

6.9kV, 1000A

1000/5

1000kVA

TR8000kVA

13.8kV/6.9kV

500/550/51

연속 운전전류 (Icont) = (37.3+28.3+85.7+87.47)0.9=214.893 (A)

기동 전류 (Ian) : 451 (A)

Ian + Icont = 451 + 214.893 = 665.89 (A)

적절한 변압기 용량 : √3 × 6.9 × 665.89 = 7,958 kVA

Select 8,000kVA (직입 기동 시)

2차 변류기 비 = 1.5 × 665.89 = 998.83

따라서 1000/5로 선정

25

과전류 계전기

Pick up current : 1.15 × 665.89 × ratioCT1

= 1.15 × 665.89 × 1000

1

= 3.82 (A)

Select 5 A (모선전류 용량 고려)

계전기 1차 전류 : 5 × 5

1000 = 1000 (A)

49.1

9.63000,8000,1

=

×

(변압기 전부하 전류의 149%)

변압기 1차측

변류기 선정 : 150% × 변압기 전부하 전류

= 1.5 × 8.133

8000×

= 502 (A)

Select 500/5

계전기 한시 요소 정정 : 1000 × 5005

8.139.6

× = 5 (A)

Select 5 (A)

계전기 1차 전류 : 5 × 5

500 = 500

49.1

8.133000,8

500=

×

(변압기 전부하 전류의 149%)

1, 2차 전류 정정치 비고

1차 : 500 × 9.68.13

= 1000 (A) (6.6kV 기준)

2차 : 1000 (A)

26

순시 요소의 정정

변압기 % 임피던스를 6%로 가정하면

변압기 2차 고장전류의 크기는

Is =

9.638

1006

100100

×××

× ≒ 11.15 (kA)

1.7 × 11.15 × 8.139.6

× 5005

= 94 (A)

94 이상 되도록 선정

◦ 지락 보호

△ 권선의 지락 보호

잔류회로에 의한 방식

c

C

ba

BA

51N

3-CT

이 방식은 변류기의 포화 및 여자 돌입 전류에 의해 오동작 할 수 있다.

지락전류의 크기가 큰 계통이 적합하다.

간선 회로에 적합하며 대용량 전동기 기동회로 적용 시 주의가 요망된다.

27

영상 변류기에 의한 방식

51GZCT

15kV 이하 계통

Y 권선의 지락 보호

지락 차동 계전 방식

차동요소

87G (지락방향 계전기)

극성요소

Restrict Earth Fault

R

28

3) 전동기

◦ 전압

2000Hp 이상 : 13.8kV

250Hp ~ 1750Hp : 4.16Kv

◦ 보호계전기 방식

27 : Under voltage relay

4727

M

50G

5150

4950

ZCT

47 : Phase sequence relay

49 : Thermal over load relay

51 : Over current relay

50G : Instantaneous over

current ground relay

50 : Instantaneous over

current relay

46 : Current balance relay

87 : Differential relay 1500Hp 이하

RTDM

50G 87

5150

49464727

ZCT

1500Hp 이상

29

◦ 추천 정정치

계전기

기구번호 정 정 비 고

49/50

◦ Service factor 1.15인 전동기 : 전부하전류의 1.0

◦ Service factor 1.0인 전동기:전부하 전류의 90%,

일반적으로 115% (IEEE 288)

◦ 순시요소(50)는 구속 전류의 2배

과부하 보호용

50/51

◦ 구속전류의 50%에 시간 지연은 전동기 기동시간

보다 길게

◦ 순시요소(50)는 구속 전류의 2배+

50G

◦ 4.16kV – 1차측 기준, 20A

◦ 13.8kV – 1차측 기준, 30A

TD 0.1

50/5 ZCT

47/27 ◦ V2 = 5%, TD = 0.1

◦ 부족 전압은 75~80%

46 ◦ 1500Hp 이상의 전동기에 적용

◦ 2차 정격 전류의 15%

87

◦ 13.8kV는 2000Hp 이상

◦ 4.16kV는 1500Hp 이상

◦ Slope : 10 ~ 20%

전부하 전류

기동시간

Pick upcurrent

기동전류

I

50

49 or 51

T

MOTOR THERMAL LIMIT CURVE

CABLE FAULTWITHSTAND CURVE

(고장 지속시간 0.5초)

30

4) 소내 지락 보호계전 방식

ZCT

50N51N50/51

M

50G

51N

50/51

R

51N50/51 50N

50/51

MAIN DIST. BD

SUB DIST. BD

50GZCT

M

50/51

50G

50/51

ZCT

51N

31

◦ 접지방식

계통의 접지방식에 대한 비교

항 목 비접지 방식 직접 접지 방식 저항 접지 방식

지락 시 건전상에

나타나는 전압

매우 큰 이상전압이

발생한다.

상시와 변함없다. 선간전압 정도의 전

압이 발생한다.

변압기등의 절연

계통의 전압보다 훨

씬 높은 절연레벨을

요한다.

계통의 전압과 같은

절연레벨을 요한다.

계통의 전압보다 다

소 높은 절연레벨을

요한다.

다중 지락사고의

가능성 매우 높다. 매우 낮다. 낮다.

지락전류의 크기 매우 적다. 매우 크다. 크다.

지락사고의 검출 매우 어렵다. 매우 용이하다. 용이하다.

지락사고 시의

전원 공급

일정 시간동안 가능

하다. 즉시 정전된다. 즉시 정전된다.

계통의 운전 계전기 적용이 곤란

하여 매우 불리하

다.

매우 용이하다. 용이하다.

접지 장치 및

보호 장치의 설치

비용

매우 적다. 보통이다. 매우 많다.

◦ 접지 저항의 정격 전류 산정 방법

고압간선에 설치된 CT의 1차측 정격 접지 저항의 정격 전류

4000A

3000A

2000A

1000A

2000A

1500A

1000A

500A

접지 저항의 정격 시간 : 10초 혹은 30초

32

◦ 정정치 산정

고압간선

잔류회로(3CT’S)에 한시 과전류계전기 (51N)를 연결하여 지락 발생 시 인입 차

단기를 동작시킨다.

전류 정정치는 일반적으로 200~1,200A 정도에 정정하나 다음 표에 의하기도

한다.

계전기의 전류 정정치 변류기의

1차측 정격 잔유 회로에 연결된 계전기 (51N) 영상 변류기에 연결된 계전기 (51G)

4,000A

3,000A

2,000A

200A

150A

100A

100~150A

60~120A

40~60A

51N의 전류 정정치 : 변류기 정격의 5%~10%

고압 간선에서의 지락 보호는 변압기 중성점에서의 지락 보호와 중복되므로 지

락 보호를 하지 않는 경우도 있다.

변압기 중성점 및 간선 차단기 사이

변압기 중성점 및 간선 차단기 사이에 설치되는 지락차동 계전기는 동일 계통

의 다른 계전기들과 보호협조를 할 필요가 없으므로 변압기 중성점과 간선사이

에서 발생되는 지락을 매우 신속하게 보호할 수 있다.

일반적으로 동일 계통의 여러 단계의 지락보호협조가 실시된 경우와 변압기로

부터 주 모선 가지의 거리가 멀거나 많이 노출된 경우에 적용한다.

전동기 휘더

영상변류기 (ZCT)와 순시 과전류계전기 (50G) 적용

4.16kV (6.6kV) 20A

13.8kV 30A

Time delay 0.1초

변압기 휘더

변압는 ∆-Y로 결선되므로 전동기 휘더와 동일하게 적용한다.

33

5) 저압 계통 보호계전 방식

◦ 변압기 1차 보호 NEC 450-3

Fuse : 변압기 1차 정격 전류의 250% 이내

- 경제적이고 보수가 용이

- 3상 계통에서 1상 만의 휴즈가 개방되면 결상 운전 위험이 있고 변

압기 내부 사고나 장시간의 과부하 보호에 신뢰도가 낮다.

차단기 : 변압기 1차 정격 전류의 300% 이내

한시 : 변압기 OA정격의 200~ 300%

Time dial은 TR Fault Withstand Curve 아래에 놓이도록

순시 : 저압 측 3상 단락 사고 및 변압기 여자 돌입 전류에 동작하지 않도록 동

작치를 변압기 2차측 단락사고 전류의 1.75배

(단락 시 비대칭 전류 + 여유)

◦ 변압기 2차측

한시 : 변압기 OA정격의 150~ 250%

Time dial은 전후 차단기와 협조

휘더의 가장 큰 전동기를 제외한 전부하 전류 + 가장 큰 전동기 기동 전

류

◦ 저압반

저압반에서 분기되는 휘더의 보호장치 정정 기준

S.F = 1.0, 1.25×전부하 전류 픽업

S.F = 1.15, 1.35×전부하 전류 LT

시간지연 기동 시 트립되지 않는 범위에서 최소 Time Band

IT 픽업 2×기동전류

전동기

휘더

50G 픽업 고압 소내 지락보호계전방식과 동일

픽업 1.25×MCC 최대수요전류 LT

시간지연 전위, 후위 보호장치와 보호 협조되도록 선정

픽업 (MCC 최대수요전류+가장 큰 전동기 기동전류)×1.1 ST

시간지연 0.1초 Time Band (전위 순시 트립장치와 협조)

픽업 고압 소내 지락보호계전방식과 동일

모타 콘트롤

센터 휘더

51G 시간지연 고압 소내 지락보호계전방식과 동일

34

저압계통 지락 보호

M

R1C3-1

R2

R3

C2

C3-2

R4C4

R5C5 C6

R6

MCC

M

C7R7

C8R8

로드센타변압기

C1

로드센타 모선

로드센타의 MCC 휘더

영상 변류기와 한시 지락과전류계전기 (51G) 적용

한시 지락과전류 계전기 (51G)는 MCC에서 지락계전기를 설치하지 않는 피이더

의 상보호장치들 중 차단 정격이 가장 큰 보호장치와 보호협조한다. 일반적으로

120A 정도에 정정하며 동작시간은 오동작하지 않는 한 가장 낮게 정정한다.

저압 간선

변압기 중성점에서의 지락 보호와 중복되므로 지락계전기를 설치하지 않는다.

저압간선에 지락 보호계전기를 설치할 경우 3CT의 잔류회로에 한시 과전류계전

기 (51N) 설치하고 하단의 MCC 휘더에 설치한 51G와 보호협조한다.

변압기 중성점

로드센타의 MCC 휘더에 설치된 계전기 (51G)와 보호협조를 위하여 전류 정정

치는 51G의 정정치와 같거나 다소 높게하며 시간 정정치는 최대 지락전류에서

51N과 협조 시간 간격을 둔다.

35

변압기 중성점 및 간선 차단기 사이

지락 차동계전기를 설치하지 않는다.

MCC에서 분기되는 휘더

15Hp 이상의 전동기 휘더와 30AT 이상의 비전동기 휘더에는 영상변류기와 순

시 지락 과전류계전기 (51G)를 설치하고 약 5~10A에 정정한다.

6) 저압 간선의 굵기 및 보호장치

전열기

M

IM IH

Ia

간선

◦ 전선 굵기

IM < IH 일 때

간선 전선 굵기는 Ia = IM + IH 이상

IM < 50A, IM > IH 일때

Ia = 1.25IM + IH

IM > IH, IM > 50A 일때

Ia = 1.1IM + IH

◦ 보호 장치

3IM < IH 이하 2.5Ia < 3IM + IH 일 때 2.5Ia

36

3. 보호 협조

각 계전기들 간의 동작 시간 간격 (S)

S = TB + TR + TS

TB : 하단에 설치한 차단기의 동작 시간, 0.08초

TR : 계전기의 관성 동작 시간, 0.1초

TS : Safety factor, 0.12~0.22초

유도 원판형 : 0.3 ~ 0.4초

정지 형 : 0.2 ~ 0.3초

6.6kV

2000/51

250/52

TR2000kVA

6.6kV/415V

3000/53

415V

800/54

5800/5

300/56

37

(1) Relay 6의 계산

Load 150kVA, IN = 208(A), 3상 단락전류 21,000(A) 라면

한시 요소 – Pick up current = 1.15×208×3005

= 3.98(A)

Select 5A, Primary current = 5×5

300 = 300(A)

- Plug setting multiplier = 300

000,21 = 70

Tripping time required : 0.1 sec

ANSI 형의 very inverse time 형이라면

Tripping time = TMS [ 491.01)(

61.192

+−

PUII ]로 부터

TMS = 2.0

491.0)(

61.191.0

2

=

+PUII

TMS = 0.2

Actual tripping time = 0.2× ]491.0170

61.19[ 2 +−

= 0.1 sec

CURVE 공식

T = D[ B

II

AP

PU

+−1)(

]

형 식 개 요 P A B 비 고

ANSI MOD Moderately inverse 0.02 0.0515 0.114

ANSI VERY Very inverse 2 19.61 0.491

ANSI X TRM Extremely inverse 2 28.2 0.1217

IEC-A Normal inverse 0.02 0.14 0

IEC-B Very inverse 1 13.5 0

IEC-C Extremely inverse 2 80 0

IEC-D Definite time 0 0

38

순시 요소 – Pick up current = 6×300×3005

= 30(A)

Primary current = 30×5

300 = 1,800(A)


부하 400kW, IN = 696(A), 3상 단락전류 21,000(A)

한시 요소 – Pick up current = 1.15×696×8005

= 5.0(A)


800 = 800(A)

- Plug setting multiplier = 800

000,21 = 26.25

Tripping time required : 0.3+0.1 = 0.4 sec

Tripping time = TMS [ 491.01)(

61.192

+−

PUII ]로 부터

TMS = 77.0

491.0)(

61.194.0

2

=

+PUII

TMS = 0.8

Actual tripping time = 0.8× ]491.0125.26

61.19[ 2 +−

= 0.41 sec

순시 요소 – ∞


Relay 5와 동일, 단 순시만 정정

순시 요소 – Pick up current = 6×800×8005

= 30(A)


800 = 4,800(A)

39


변압기 용량 : 2,000kVA, 6.6kV/415V, INS = 2,666.6(A)

BUS 전류 용량 : 3,000(A)

최대 3상 고장 전류 : 30,000(A)

최대 전동기 기동 전류 : 500(A)

부하전류 : 1,958(A)

∴ 500+1,958 = 2,458(A)

한시 요소 – Pick up current = 1.15×2,458×000,35

= 4.7(A)

Select 5A, Primary current = 5×5000,3

= 3,000(A)

- Plug setting multiplier = 000,3000,30

= 10

고장전류 30,000(A)에서 Relay 4의 동작 시간

0.8× ]491.015.37

61.19[ 2 +−

= 0.5 sec 이므로


Time Multiplier setting = 16.1491.0

11061.19

8.0

2

=+

−

TMS = 1.2

Actual tripping time = 1.2× ]491.0110

61.19[ 2 +−

= 0.8 sec

순시 요소 – ∞


변압기 용량 : 2,000kVA, 6.6kV/415V, INP = 175(A)

변압기 2차측 고장 전류의 1차측 환산 전류 30,000×6.6

415.0 = 1,886(A)

CT ratio = 250/5

한시 요소 – Pick up current = 30,000×6.6

415.0×

2505

= 3.77(A)


250 = 200(A)

14.1175200

= (변압기 전부하 전류의 114%)

40

- Plug setting multiplier = 200886,1

= 9.43

Tripping time required : 0.8 sec


143.961.19

8.0

2

=+

−

TMS = 1.2


61.19[ 2 +−

= 0.85 sec

순시 요소 – Pick up current = 1.75×1,886×2505

= 66(A)

Select 75A


250 = 3,750(A)


최대 용량 전동기 기동 전류 : 800(A)

연속 부하 전류 : 900(A)

∴ 800 + 900 = 1,700(A)

고장 전류 : 10,000(A)

한시 요소 – Pick up current = 1.15×1,700×000,25

= 4.88(A)

Select 5A, Primary current = 5×5000,2

= 2,000(A)

- Plug setting multiplier = 000,2000,15

= 7.5

고장 전류 15,000(A)에서의 6.6kV BUS 인출 휘더의 Tripping Time은

t = 1.0× ]491.015.7

61.19[ 2 +−

= 0.84 sec



15.761.19

14.1

2

=+

−

TMS = 1.4


61.19[ 2 +−

= 1.2 sec

41

4 I

2

1

6

T

5 3

0.3

42

참 고 문 헌

1. IEEE 242 Recommended Practice for Protection and Coordination of

Industrial and Commercial Power System

2. IEEE 288,ANSI C37.92 Induction motor protection

3. IEEE 588,ANSI C37.96 Guide for ac motor protection

4. IEEE 273,ANSI C37.91 Protective relay applications to power transformers

5. Westing house Applied Protective Relaying

6. The art of science of protective relay , C. Russell mason

7. 보호계전기술 의 상식, 전기서원 (일본)

8. CO-GENERATION 보호계전기술자료집 일본 미쓰비시

9. 보호계전기응용기술 , 한국전력공사

10.보호계전기실무 1,2 한국전력공사

11.타사발전기 병렬운전 연계선로 보호업무지침, 한국전력공사

12.원자력발전소 표준화설계를 위한 조사용역보고서

13.전기설비기술계산 핸드북, 기다리출판사

14.보호계전 시스템 기술 신대승저 기다리 출판사

연구회 : 전력계통보호기술연구회

43

Documents

보 호 계 전 방 식 - pq-ride.co.kr%C7%D1%B1%DB)%20%BA%B8%C8%A3%20%… · (7) ct의 2차 부담 : ct 2차 회로에 정격 전류 (5a) 를 보낸 경우 ct 2차 전압과 정격